DE60018931T3 - CONTINUOUS METHOD FOR EXTRUDING AND MECHANISM DISPERSING OF A POLYMER RESIN IN AN AQUEOUS OR NON-AQUEOUS MEDIUM - Google Patents

CONTINUOUS METHOD FOR EXTRUDING AND MECHANISM DISPERSING OF A POLYMER RESIN IN AN AQUEOUS OR NON-AQUEOUS MEDIUM Download PDF

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum Extrudieren und mechanischen Dispergieren eines polymeren Harzes in einem wässrigen oder nicht-wässrigen Medium.The present invention relates to a continuous process for extruding and mechanically dispersing a polymeric resin in an aqueous or non-aqueous medium.

Stabile wässrige Dispersionen von ionisch geladenen Polyepoxid-Amin-Harzen sind bekannt. Solche Harze sind beispielsweise durch McCollum et al. in dem U.S. Patent Nr. 5.114,552 beschrieben. McCollum et al. offenbaren, dass ein organisches Polyepoxid durch Umsetzung mit einem primären oder sekundären Amin in Gegenwart von Säure, um katalytisch geladene Säuresalzgruppen zu bilden, oder durch Umsetzung mit tertiären Aminen, um quaternäre Ammoniumsalze zu bilden, kationisch gemacht werden kann. Diese Harze sind auch aufgrund des Einbaus von überhängenden Hydroxylgruppen oder primären oder sekundären Amingruppen, welche mit einem geschützten Polyisocyanatvernetzungsmittel umsetzbar sind, vernetzbar. Das vernetzte Harz wird in einem angesäuerten wässrigen Medium dispergiert und der Feststoffgehalt wird durch die weitere Zugabe von Wasser eingestellt. Das Ausmaß der Bildung kationischer Salze wird vorzugsweise so gewählt, dass eine stabile Dispersion des kationischen Polymers gebildet wird, obwohl auch ein externes kationisches Tensid zugegeben werden kann. Solche stabilen wässrigen Dispersionen sind als vernetzbare elektrophoretische Beschichtungszusammensetzungen verwendbar.Stable aqueous dispersions of ionically charged polyepoxide-amine resins are known. Such resins are exemplified by McCollum et al. by doing U.S. Patent No. 5,114,552 described. McCollum et al. disclose that an organic polyepoxide can be made cationic by reaction with a primary or secondary amine in the presence of acid to form catalytically charged acid salt groups, or by reaction with tertiary amines to form quaternary ammonium salts. These resins are also crosslinkable due to incorporation of pendant hydroxyl groups or primary or secondary amine groups which are reactable with a protected polyisocyanate crosslinking agent. The crosslinked resin is dispersed in an acidified aqueous medium and the solid content is adjusted by the further addition of water. The extent of formation of cationic salts is preferably chosen to form a stable dispersion of the cationic polymer, although an external cationic surfactant may also be added. Such stable aqueous dispersions are useful as crosslinkable electrophoretic coating compositions.

Die durch McCollum et al. beschriebene Herstellung ist zeitaufwändig, da sie in einem Batch-Reaktor durchgeführt wird. Ferner benötigt die Reaktion beträchtliche Mengen an organischem Lösungsmittel, welche danach entfernt werden müssen.The by McCollum et al. The preparation described is time consuming since it is carried out in a batch reactor. Further, the reaction requires significant amounts of organic solvent which must be removed afterwards.

Die Herstellung von thermoplastischen Epoxyharzen durch kontinuierliche Verfahren ist bekannt. Beispielsweise beschreibt das U.S. Patent Nr. 4,612,156 die Herstellung eines hochmolekularen Phenoxyharzes durch Mischen einer Diepoxyverbindung (z. B. eines Diglycidethers von Bisphenol A) mit einer mit den Epoxygruppen umsetzbaren difunktionellen Verbindung (z. B. Bisphenol A) in Gegenwart eines Katalysators und Zuführen der Mischung durch einen Einschneckenextruder oder eine Pumpe in einen Doppelschneckenextruder, wodurch ein Epoxyharz mit einer massegemittelten Molekülmasse von etwa 30.000 Dalton gebildet wird. Solch ein Harz kann zerkleinert und gesiebt und dann in Gegenwart eines Tensids in Wasser dispergiert werden, um eine wässrige Dispersion (manchmal als Pulveraufschlämmung bezeichnet) herzustellen, die für Beschichtungsanwendungen geeignet ist.The production of thermoplastic epoxy resins by continuous processes is known. For example, this describes U.S. Patent No. 4,612,156 the preparation of a high molecular weight phenoxy resin by mixing a diepoxy compound (eg, a diglycidyl ether of bisphenol A) with a difunctional compound (eg, bisphenol A) reactable with the epoxy groups in the presence of a catalyst and feeding the mixture through a single screw extruder or a pump in a twin-screw extruder to form an epoxy resin having a weight average molecular weight of about 30,000 daltons. Such a resin can be crushed and sieved and then dispersed in water in the presence of a surfactant to produce an aqueous dispersion (sometimes referred to as a powder slurry) suitable for coating applications.

Auf dem vorliegenden Fachgebiet würde es eine Verbesserung darstellen, wenn man eine stabile wässrige Dispersion eines harzartigen Materials in einem kontinuierlichen Verfahren herstellen könnte, wobei das Harz unmittelbar aus einem Extruder stammt und nicht zuvor erstarren gelassen und dann zerkleinert und gesiebt wurde. Es würde auf dem vorliegenden Fachgebiet eine weitere Verbesserung darstellen, wenn man vernetzbare elektrophoretische Beschichtungsdispersionen durch ein kontinuierliches Verfahren, welches wenig oder kein zusätzliches Lösungsmittel benötigt, herstellen könnte.It would be an improvement in the art if one could prepare a stable aqueous dispersion of resinous material in a continuous process, the resin coming directly from an extruder and not previously solidified and then crushed and sieved. It would be a further improvement in the art if crosslinkable electrophoretic coating dispersions could be prepared by a continuous process requiring little or no additional solvent.

Die vorliegende Erfindung wendet sich den Problemen auf dem vorliegenden Fachgebiet zu, indem sie ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion oder Emulsion bereitstellt, wobei das Verfahren den Schritt des Mischens eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen dispersen Phase enthaltend ein Polymer und eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen kontinuierlichen Phase, welche Wasser oder ein Polyetherpolyol ist, in einem mechanischen Dispergator, um eine Dispersion oder eine Emulsion zu bilden, umfasst, wobei

  • a) die kontinuierliche Phase im Wesentlichen unmischbar mit der dispersen Phase ist, und
  • b) das Polymer selbstdispergierbar ist, und
  • c) das Polymer fortlaufend in einem Extruder, der mit dem mechanischen Dispergator verbunden ist, extrudiert wird.
The present invention addresses the problems in the art by providing a continuous process for producing a stable dispersion or emulsion, the process comprising the step of mixing a stream of a molten or liquid disperse phase comprising a polymer and a stream a molten or liquid continuous phase, which is water or a polyether polyol, in a mechanical dispersing agent to form a dispersion or an emulsion, wherein
  • a) the continuous phase is substantially immiscible with the disperse phase, and
  • b) the polymer is self-dispersible, and
  • c) the polymer is extruded continuously in an extruder connected to the mechanical disperser.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wie oben beschriebenes Verfahren, umfassend die Schritte des;

  • a) kontinuierlichen Mischens des Stroms der flüssigen kontinuierlichen Phase bei einer Fließgeschwindigkeit R1 und des Stroms der flüssigen dispersen Phase bei einer Fließgeschwindigkeit R2 in dem Dispergator, und
  • b) Mischens der gemischten Ströme im Wesentlichen in der Abwesenheit eines externen Tensids und bei einer im Wesentlichen konstanten Mischungsrate, um ohne Phasenumkehrung eine Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase zu erzeugen,
wobei der Strom der flüssigen dispersen Phase ein selbstdispergierbares Polymer oder Vorpolymer enthält und wobei R2:R1 dergestalt ist, dass die durchschnittliche Teilchengröße eines mittleren Volumens (mean volume average particle size, engl.) der Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase weniger als 2 μm beträgt oder die Polydispersität weniger als 2 beträgt.In a further aspect, the present invention relates to a method as described above, comprising the steps of;
  • a) continuously mixing the flow of the liquid continuous phase at a flow rate R 1 and the liquid disperse phase flow at a flow rate R 2 in the dispersant, and
  • b) mixing the mixed streams substantially in the absence of an external surfactant and at a substantially constant mixing rate to produce an emulsion having a high level of internal phase without phase inversion,
wherein the stream of liquid disperse phase contains a self-dispersible polymer or prepolymer, and wherein R 2 : R 1 is such that the mean volume average particle size of the high internal phase emulsion is less is 2 μm or the polydispersity is less than 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein Mittel zur Herstellung einer stabilen wässrigen Dispersion oder Emulsion durch ein kontinuierliches Verfahren bereit, bei dem ein Extruder mit einem kontinuierlichen mechanischen Dispersionsverfahren kombiniert wird.The process of the present invention provides a means for producing a stable aqueous dispersion or emulsion by a continuous process comprising feeding an extruder with a continuous mechanical dispersion process is combined.

1 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Doppelschneckenextruder 20 wird in der nun folgenden Reihenfolge mit einer Zahnradpumpe 30, einem Dispergator 40, einem ersten Verdünnungsmischer 50 und gegebenenfalls einem zweiten Verdünnungsmischer 60 verbunden. Pulverförmiges oder flockenförmiges Harz wird von einer Dosiervorrichtung 10 in einen Einlass 22 des Extruders 20 gegeben, in dem das Harz geschmolzen oder compoundiert wird. 1 is a schematic representation of a preferred method according to the invention. A twin-screw extruder 20 will be in the order below with a gear pump 30 , a dispersant 40 , a first dilution mixer 50 and optionally a second dilution mixer 60 connected. Powdered or flaked resin is fed from a metering device 10 into an inlet 22 of the extruder 20 given in which the resin is melted or compounded.

Die Harzschmelze wird dann der Zahnradpumpe 30 zugeführt und mit einem anfänglichen Strom aus Wasser, das durch ein Rohr 42 in den Dispergator 40 fließt, gemischt. Tensid kann zusätzlich zu dem Wasserstrom zugegeben werden. Nachdem die Ströme vermischt sind, wird die Wasser/Harz-Dispersion unter Verwendung eines Verdünnungsmischers 50 und gegebenenfalls eines zweiten Verdünnungsmischers 60 mit zusätzlichem Wasser verdünnt. Bezeichnenderweise wird kein Wasser in den Doppelschneckenextruder 20 gegeben, vielmehr wird Wasser jedoch zu dem die Harzschmelze enthaltenden Strom gegeben, nachdem die Schmelze aus dem Extruder ausgetreten ist. Auf diese Art und Weise wird der sich in dem Extruder 20 aufbauende Dampfdruck beseitigt.The resin melt then becomes the gear pump 30 fed and with an initial stream of water passing through a pipe 42 in the disperser 40 flows, mixed. Surfactant may be added in addition to the water stream. After the streams are mixed, the water / resin dispersion is made using a dilution mixer 50 and optionally a second dilution mixer 60 diluted with additional water. Significantly, no water is added to the twin-screw extruder 20 however, water is added to the stream containing the molten resin after the melt has exited the extruder. In this way it will be in the extruder 20 eliminating the build up of vapor pressure.

Stabile Dispersionen oder Emulsionen können durch Mischen eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen dispersen Phase und eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen kontinuierlichen Phase in einem mechanischen Dispergator, um eine Dispersion oder eine Emulsion zu bilden, hergestellt werden. Der Strom aus der geschmolzenen oder flüssigen dispersen Phase enthält ein Polymer, das vorzugsweise bei Raumtemperatur fest, jedoch bei etwas höheren Temperaturen geschmolzen ist. Das Polymer wird durch ein kontinuierliches Verfahren, wie ein Extrusionsverfahren oder Schmelzknetverfahren, in einem geschmolzenen Zustand hergestellt oder zunächst hergestellt und dann geschmolzen. Beispiele solcher Extrusionsverfahren umfassen die Schmelzextrusion und die Mischextrusion.Stable dispersions or emulsions can be prepared by mixing a stream of a molten or liquid disperse phase and a stream of a molten or liquid continuous phase in a mechanical dispersing agent to form a dispersion or emulsion. The molten or liquid disperse phase stream contains a polymer which is preferably solid at room temperature but molten at somewhat higher temperatures. The polymer is prepared in a molten state by a continuous process such as an extrusion process or a melt-kneading process, or first prepared and then melted. Examples of such extrusion processes include melt extrusion and compound extrusion.

Bei der Schmelzextrusion wird ein vorgeformtes Polymer, im Allgemeinen in der Form von Flocken oder Pellets, einem Extruder zugeführt, um das Polymer zu schmelzen. Die Schmelze tritt durch die Auslassöffnung des Extruders aus und wird durch ein beheiztes Rohr geschickt und stellt damit den Strom des geschmolzenen Polymers dar. Dieser Strom wird mit dem Strom aus der kontinuierlichen Phase und schließlich mit einem mechanischen Dispergator kombiniert. Ist eine Zugabe von Füllstoffen, Stabilisatoren, Pigmenten oder anderen nicht-reaktiven Verbindungen zu dem Strom aus der dispersen Phase gewünscht, so erfolgt die Zugabe vorteilhafterweise vor dem Extrudieren und die Bestandteile werden durch Mischextrudieren vermischt.In melt extrusion, a preformed polymer, generally in the form of flakes or pellets, is fed to an extruder to melt the polymer. The melt exits through the outlet port of the extruder and is passed through a heated tube, thus representing the flow of the molten polymer. This stream is combined with the stream of the continuous phase and finally with a mechanical dispersing agent. If it is desired to add fillers, stabilizers, pigments or other non-reactive compounds to the disperse phase stream, then the addition is advantageously carried out prior to extrusion and the components are mixed by means of coextrusion.

Beispiele für Polymerharze umfassen Epoxyharze, Poly(hydroxyaminoether)harze (PHAEs, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,834,078 beschrieben), Polyurethanharze, Polyurethan-Harnstoff-Harze, Polyesterharze, Polyolefine, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere oder Mischungen davon oder Hybride davon, wobei diese Polymere zusätzlich ionische Ladungen, wie von McCollum et al. beschrieben, enthalten. Die Polymere sind aufgrund der Anwesenheit von ionischen Gruppen, potentiell ionischen Gruppen, wie Carbonsäuren und Aminen, oder hydrophilen nicht-ionischen Gruppen, wie bei Markusch et al. in dem U.S. Patent Nr. 4,879,322 , Spalte 9, Zeilen 61–68 und Spalten 10–12 beschrieben, selbstdispergierbar. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Harze im Wesentlichen in der Abwesenheit eines externen Tensids zu dispergieren. Wie hierin verwendet, bedeutet die Bezeichnung „im Wesentlichen in der Abwesenheit weniger als 0,1 Prozent eines externen Tensids.Examples of polymer resins include epoxy resins, poly (hydroxy amino ether) resins (PHAEs, as described in U.S. Pat U.S. Patent No. 5,834,078 polyurethane resins, polyurethane-urea resins, polyester resins, polyolefins, ethylene-acrylic acid copolymers or mixtures thereof or hybrids thereof, which polymers additionally contain ionic charges as described by McCollum et al. described, included. The polymers are due to the presence of ionic groups, potentially ionic groups, such as carboxylic acids and amines, or hydrophilic non-ionic groups, as in Markusch et al. by doing U.S. Patent No. 4,879,322 , Column 9, lines 61-68 and columns 10-12, self-dispersible. In some cases, it may be advantageous to disperse the resins substantially in the absence of an external surfactant. As used herein, the term "substantially in the absence means less than 0.1 percent of an external surfactant.

Ein externes Tensid kann, falls erforderlich, a) der dispersen Phase, b) der kontinuierlichen Phase oder c) zu beiden Phasen zugegeben werden. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, das Tensid stromaufwärts des Dispergators, mehr bevorzugt durch einen Einlass des Extruders, wie in 1 beschrieben, zu der dispersen Phase zuzugeben.If necessary, an external surfactant may be added to a) the disperse phase, b) the continuous phase, or c) both phases. In general, it is preferred to use the surfactant upstream of the dispersant, more preferably through an inlet of the extruder, as in FIG 1 described to add to the disperse phase.

Die geschmolzene oder flüssige kontinuierliche Phase ist Wasser oder ein Polyetherpolyol. Die kontinuierliche Phase und die disperse Phase sind im Wesentlichen unmischbar miteinander, sodass stabile Dispersionen oder Emulsionen gebildet werden können. Ein Beispiel einer Dispersion, die eine nicht-wasserbasierte kontinuierliche Phase enthält, ist Ethylenacrylsäure in einem Polyetherpolyol. Die Harzschmelze oder Harzflüssigkeit, welche aus dem Extruder austritt, bildet den Strom aus der dispersen Phase, der mit dem Strom aus der kontinuierlichen Phase gemischt wird, und wird anschließend einem mechanischen Dispergator zugeführt. Das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit des Stromes aus der dispersen Phase (R2) zu der Fließgeschwindigkelt des Stromes aus der kontinuierlichen Phase (R1) wird vorteilhafterweise so eingestellt, dass die Polydispersität und die Partikelgröße der stabilen wässrigen Dispersion minimiert werden. Eine Anleitung zur Bildung von niedrigpolydispersen stabilen Emulsionen und Dispersionen mit kleinen Partikelgrößen durch ein Verfahren zum Mischen eines eine disperse Phase enthaltenden Stroms mit einem eine kontinuierliche Phase enthaltenden Strom ist durch Pate et al. in dem U.S. Patent Nr. 5,539,021 beschrieben. Vorzugsweise liegt R2:R1 in einem solchen Bereich, dass die durchschnittliche Teilchengröße eines mittleren Volumens weniger als 2 μm und die Polydispersität weniger als 2 beträgt.The molten or liquid continuous phase is water or a polyether polyol. The continuous phase and the disperse phase are substantially immiscible with each other so that stable dispersions or emulsions can be formed. An example of a dispersion containing a non-water-based continuous phase is ethylene-acrylic acid in a polyether polyol. The resin melt or resin liquid exiting the extruder forms the disperse phase stream which is mixed with the continuous phase stream and is then fed to a mechanical disperser. The ratio of the flow rate of the disperse phase flow (R 2 ) to the flow rate of the continuous phase flow (R 1 ) is advantageously adjusted to minimize the polydispersity and particle size of the stable aqueous dispersion. Guidance for the formation of low polydisperse stable emulsions and small particle size dispersions by a method of mixing a disperse phase containing stream with a continuous phase containing stream is provided by Pate et al. by doing U.S. Patent No. 5,539,021 described. Preferably, R 2 : R 1 is in such a range that the average particle size of an average volume is less than 2 μm and the polydispersity is less than 2.

Wie Pate et al. offenbaren, ist es vorteilhaft, eine Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase (oder, falls sich die disperse Phase verfestigt, eine Dispersion mit einem hohen Anteil an innerer Phase) herzustellen, bei der das Volumen:Volumen-Verhältnis von disperser Phase zu kontinuierlicher Phase wenigstens 74/26 beträgt. Stellt Wasser die kontinuierliche Phase dar, wird die Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase vorteilhafterweise mit Wasser verdünnt, um eine stabile wässrige Emulsion oder Dispersion zu bilden. Solche Dispersionen sind für Beschichtungsanwendungen geeignet. Sind die Dispersionen ionisch geladen, sind sie insbesondere für elektrophoretische Beschichtungsanwendungen geeignet.Like Pate et al. It is advantageous to prepare an emulsion having a high level of internal phase (or, if the disperse phase solidifies, a high internal phase dispersion) at which the volume: volume ratio of disperse phase to continuous Phase is at least 74/26. When water is the continuous phase, the high internal phase emulsion is advantageously diluted with water to form a stable aqueous emulsion or dispersion. Such dispersions are suitable for coating applications. When the dispersions are ionically charged, they are particularly suitable for electrophoretic coating applications.

Die folgenden Beispiele sind lediglich zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang dieser Erfindung nicht beschränken.The following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of this invention.

Die Beispiele 1–3 und 5 sind keine erfindungsgemäßen Beispiele.Examples 1-3 and 5 are not inventive examples.

Beispiel 1 – Dispersion einer Epoxyharz(1-Typ)-Formulierung in WasserExample 1 - Dispersion of an epoxy resin (1-type) formulation in water

Die Dispersion eines 1-Typ-Epoxyharzes (Dow RTC 30240.22) in Wasser wurde in einem kontinuierlichen Hybriddispergator erzeugt. Das System umfasste einen Doppelschneckenextruder zum Schmelzen und Weiterleiten des Epoxyharzes bei 70°C als auch zum Einmischen des für die Stabilisierung der Dispersion notwendigen Tensids. Das obige Epoxyharz wurde bei 25 g/min einem Doppelschneckenextruder zugeführt, während eine Mischung eines Tensids mit einer Geschwindigkeit 4,6 g/min in das Fass des Extruders gegeben wurde. Das Tensid bestand aus einer Mischung aus dem Tensid DISPONIL® TA-430 (Marke der Firma Henkel), dem Tensid ATSURF® 108 (Marke der Firma ICI Surfactants) und dem Tensid AEROSOL® OT-75 (Marke der Firma Cytec Industries) in einem Gewichtsverhältnis von 40/42/10. Nachdem die Mischung aus Harz/Tensid den Extruder mit einer Geschwindigkeit von 29,6 g/min verlassen hatte, wurde sie mit einem Strom aus Wasser, der bei 75°C mit einer Geschwindigkeit von 5 ml/min floss, vermischt. Die vermischten Ströme wurden einem Einlass eines Rotor-Stator-Dispergators (E. T. Oakes, N. Y.) zugeführt. Die resultierende Dispersion, die bei einer Geschwindigkeit von 34,6 g/min floss, wurde dann mit einem zweiten Strom aus Wasser, der bei einer Geschwindigkeit von 40 ml/min floss, vermischt. Die vereinigten Ströme wurden einem Zentrifugalpumpenmischer zugeführt, um die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 40 Prozent zu verdünnen. Eine Probe wurde entnommen und die Partikelgröße wurde zu 0,40 μm mit einer Polydispersität (das Verhältnis des durchschnittlichen Teilchendurchmessers und der Anzahl der durchschnittlichen Teilchendurchmesser) von 1,17 bestimmt.The dispersion of a 1-type epoxy resin (Dow RTC 30240.22) in water was generated in a continuous hybrid disperser. The system included a twin screw extruder for melting and transferring the epoxy resin at 70 ° C as well as blending in the surfactant necessary to stabilize the dispersion. The above epoxy resin was fed to a twin-screw extruder at 25 g / min while a mixture of a surfactant was fed into the barrel of the extruder at a rate of 4.6 g / min. The surfactant consisted of a mixture of the surfactant DISPONIL ® TA-430 (trademark of Henkel), the surfactant Atsurf ® 108 (trademark of ICI Surfactants) and the surfactant AEROSOL ® OT-75 (trademark of Cytec Industries) in a Weight ratio of 40/42/10. After the resin / surfactant mixture left the extruder at a rate of 29.6 g / min, it was mixed with a stream of water flowing at 75 ° C at a rate of 5 ml / min. The mixed streams were fed to an inlet of a rotor-stator disperser (ET Oakes, NY). The resulting dispersion, flowing at a rate of 34.6 g / min, was then mixed with a second stream of water flowing at a rate of 40 ml / min. The combined streams were fed to a centrifugal pump mixer to dilute the dispersion to a solids content of 40 percent. A sample was taken out and the particle size was determined to be 0.40 μm with a polydispersity (the ratio of the average particle diameter and the number of average particle diameters) of 1.17.

Beispiel 2 – Dispersion einer Epoxyharz(2-Typ)-Formulierung in WasserExample 2 - Dispersion of an epoxy resin (2-type) formulation in water

Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Ausrüstung wurde eine Dispersion einer Epoxyharzmischung auf eine kontinuierliche Art und Weise hergestellt. Die Harzmischung bestand aus einer Mischung aus 74,1 Prozent eines 2-Typ-Epoxyharzes (Dow DER 692, Äquivalenzmasse 690), 24,4 Prozent eines Epoxy/Phenol-Härtungsmittels (DEH 84), 0,8 Prozent Benzoin (Aldrich Chemical) und 0,7 Prozent des Fließkontrollmittels RESIFLOW® P67 (Marke der Firma Estrom Chemical). Die Mischung wurde dem Extruder mit einer Geschwindigkeit von 60 g/min zugeführt und bei einer Geschwindigkeit von 26,1 g/min mit einer Mischung aus den Tensiden DISPONIL TA-430 und ATSURF 108 (Gewichtsverhältnis 53/47) kombiniert. Nach dem Austritt aus dem Extruder wurde das 100°C heiße, geschmolzene Material, bevor es bei 95°C dem Einlass des Oakes-Dispergators zugeführt wurde, mit einer Geschwindigkeit von 86,1 g/min mit einem anfänglichen wässrigen Strom aus Wasser, der bei einer Geschwindigkeit von 31,4 ml/min floss und mit einem Strom aus dem Tensid AEROSOL OT-75, der bei einer Geschwindigkeit von 2,8 ml/min floss, gemischt war, gemischt (sodass die Gesamtgeschwindigkeit des Stroms aus dem anfänglichen Wasserstrom, dem Tensidstrom und dem geschmolzenen Materialstrom 34,2 ml/min betrug). Nach dem Austritt aus dem Dispergator wurde stromaufwärts des Zentrifugalmischers zusätzliches Wasser zugegeben, um die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 48 Prozent zu verdünnen. Die resultierende Dispersion wies eine volumetrische Partikelgröße von 0,87 μm und eine Polydispersität von 2,6 auf.Using the equipment described in Example 1, a dispersion of an epoxy resin mixture was prepared in a continuous manner. The resin blend was a blend of 74.1 percent of a 2-type epoxy resin (Dow DER 692, equivalent 690), 24.4 percent of an epoxy / phenolic curing agent (DEH 84), 0.8 percent benzoin (Aldrich Chemical). and 0.7 percent of the flow control agent RESIFLOW ® P67 (trademark of Estrom Chemical). The mixture was fed to the extruder at a rate of 60 g / min and combined at a rate of 26.1 g / min with a mixture of the surfactants DISPONIL TA-430 and ATSURF 108 (weight ratio 53/47). Upon exiting the extruder, the molten 100 ° C material, before being fed at 95 ° C to the inlet of the oakes dispersant, was fed at a rate of 86.1 g / min. With an initial aqueous stream of water, the at a rate of 31.4 ml / min and mixed with a stream of the surfactant AEROSOL OT-75 flowing at a rate of 2.8 ml / min mixed (so that the total velocity of the stream from the initial water stream , the surfactant stream and the molten material stream was 34.2 ml / min). After exiting the disperser, additional water was added upstream of the centrifugal mixer to dilute the dispersion to a solids content of 48 percent. The resulting dispersion had a volumetric particle size of 0.87 μm and a polydispersity of 2.6.

Beispiel 3 – Dispersion einer Epoxy/Polyesterhybrid-Harzformulierung in WasserExample 3 - Dispersion of an epoxy / polyester hybrid resin formulation in water

Unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Ausrüstung wurde eine Dispersion aus einer Epoxyharzmischung auf eine kontinuierliche Art und Weise hergestellt. Die Harzmischung bestand aus einer Mischung aus 51,3 Prozent eines 2-Typ-Epoxyharzes (Dow DER 6224, Äquivalenzmasse 707) und 48,7 Prozent eines Polyesterharzes (DSM, Uralac P-5598, Äquivalenzmasse 739). Die Mischung wurde dem Extruder mit einer Geschwindigkeit von 50 g/min zugeführt und bei einer Geschwindigkeit von 7,7 g/min mit einer Mischung aus den Tensiden DISPONIL OT-41 und ATSURF 108 (Gewichtsverhältnis 53/47) kombiniert. Das 120°C heiße geschmolzene Material trat aus dem Extruder aus und wurde mit einem Wasser und ein Tensid enthaltenden Strom (hergestellt durch Mischen eines anfänglichen Stroms aus Wasser, der bei einer Geschwindigkeit von 10 ml/min floss, und eines Stroms aus dem Tensid AEROSOL OT-75, der bei einer Geschwindigkeit von 1,5 ml/min floss), der bei einer Geschwindigkeit von 11,5 ml/min floss, gemischt. Die gemischten Ströme wurden dann bei 120°C dem Einlass eines Oakes-Dispergators zugeführt. Nach dem Auslass aus dem Dispergator wurde stromaufwärts des Zentrifugalmischers zusätzliches Wasser zugegeben, um die Dispersion auf einen Feststoffgehalt von 44 Prozent zu verdünnen. Die resultierende Dispersion wies eine volumetrische Partikelgröße von 5,8 μm und eine Polydispersität von 1,8 auf.Using the equipment described in Example 2, a dispersion of an epoxy resin blend was prepared in a continuous manner. The resin blend consisted of a blend of 51.3 percent of a 2-type epoxy resin (Dow DER 6224, equivalent 707) and 48.7 percent of a polyester resin (DSM, Uralac P-5598, equivalent mass 739). The mixture was fed to the extruder at a rate of 50 g / min and combined at a rate of 7.7 g / min with a mixture of the surfactants DISPONIL OT-41 and ATSURF 108 (weight ratio 53/47). The 120 ° C hot molten material exited the extruder and was fed with a stream containing water and a surfactant (prepared by mixing an initial stream of water flowing at a rate of 10 ml / min and a stream of AEROSOL surfactant OT-75 flowing at a rate of 1.5 ml / min) flowing at a rate of 11.5 ml / min. The mixed streams were then fed at 120 ° C to the inlet of an Oakes dispersant. After discharge from the disperser, additional water was added upstream of the centrifugal mixer to dilute the dispersion to a solids content of 44 percent. The resulting dispersion had a volumetric particle size of 5.8 μm and a polydispersity of 1.8.

Beispiel 4 – Dispersion eines Ethylen-Acrylsäure-Copolymers (EAA) in PolyetherpolyolExample 4 - Dispersion of an ethylene-acrylic acid copolymer (EAA) in polyether polyol

Eine Dispersion des EAA Primacor® in dem Polyetherpolyol Voranol® wurde unter Verwendung eines kontinuierlichen Hybriddispergatorsystems, bei dem ein Einschneckenextruder mit einem Zentrifugalpumpen-basierten Dispergator verbunden war, hergestellt. Die Polymerschmelze verließ den Extruder bei einer Geschwindigkeit von 10,7 g/min und bei einer Temperatur von etwa 130°C und wurde mit einem Strom aus heißem, flüssigem Polyetherpolyol, der bei einer Geschwindigkeit von 35 g/min floss, gemischt. Die gemischten Ströme wurden in eine Zentrifugalpumpe geleitet, um das Polymer in dem Polyol zu dispergieren. Nach dem Austritt aus dem Mischer wurde das Produkt gesammelt und unter Verwendung eines Coulter LS-230 Partikelgrößenanalysators auf dessen Partikelgröße untersucht. Die durchschnittliche volumetrische Gesamtpartikelgröße betrug 4,2 μm bei einer Polydispersität von 6,4.A dispersion of EAA Primacor ® in the polyether polyol Voranol ® was prepared using a continuous Hybriddispergatorsystems in which a single-screw extruder was connected to a centrifugal pump based disperser. The polymer melt exited the extruder at a rate of 10.7 g / min and at a temperature of about 130 ° C and was mixed with a stream of hot, liquid polyether polyol flowing at a rate of 35 g / min. The mixed streams were passed into a centrifugal pump to disperse the polymer in the polyol. Upon exiting the mixer, the product was collected and analyzed for particle size using a Coulter LS-230 Particle Size Analyzer. The total average volumetric particle size was 4.2 μm with a polydispersity of 6.4.

Beispiel 5 – Dispersion einer Epoxy-Polyester-Hybridharzformulierung in WasserExample 5 - Dispersion of an epoxy-polyester hybrid resin formulation in water

Unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Ausrüstung wurde eine Dispersion einer Epoxyharzmischung auf eine kontinuierliche Art und Weise hergestellt. Die Harzmischung bestand aus einer Mischung aus 51,3 Prozent eines 2-Typ-Epoxyharzes (Dow DER 6224, Äquivalenzmasse 707) und 48,7 Prozent eines Polyesterharzes (DSM, Uralac P-5598, Äquivalenzmasse 739). Die Mischung wurde einem Extruder bei einer Geschwindigkeit von 50 g/min zugeführt und das Tensid ADSURF 108 (2,5 g/min) wurde durch einen separaten Einlass in den Extruder gegeben. Das Extrudat aus dem Harzmaterial und dem Tensid ADSURF 108 wurde bei einer Temperatur von 80°C bis 105°C dem Dispergator zugeführt. Unterdessen wurde stromaufwärts des Dispergators das Natriumsalz von Dodecylbenzolsulfonsäure bei einer Geschwindigkeit von 0,5 g/min zu der Wasserphase gegeben. Die Phase aus Wasser/anionischem Tensid wurde bei einer Geschwindigkeit von 25 g/min in den Dispergator überführt und mit dem Extrudat, das bei einer Geschwindigkeit von 52,5 g/min floss, gemischt. Der resultierende Dispersionsstrom mit hohem Feststoffgehalt, der bei einer Geschwindigkeit von 77,5 g/min floss, wurde weiter in einem Verdünnungsmischer mit Wasser, das bei einer Geschwindigkeit von 20 g/min floss, verdünnt, um eine Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 54% zu bilden. Die resultierende Dispersion wies eine volumetrische Partikelgröße von 1,3 μm und eine Polydispersität von 1,5 auf.Using the equipment described in Example 2, a dispersion of an epoxy resin mixture was prepared in a continuous manner. The resin blend consisted of a blend of 51.3 percent of a 2-type epoxy resin (Dow DER 6224, equivalent 707) and 48.7 percent of a polyester resin (DSM, Uralac P-5598, equivalent mass 739). The mixture was fed to an extruder at a rate of 50 g / min and the surfactant ADSURF 108 (2.5 g / min) was added to the extruder through a separate inlet. The extrudate of the resin material and the surfactant ADSURF 108 was fed to the disperser at a temperature of 80 ° C to 105 ° C. Meanwhile, upstream of the dispersant, the sodium salt of dodecylbenzenesulfonic acid was added to the water phase at a rate of 0.5 g / min. The water / anionic surfactant phase was transferred to the disperser at a rate of 25 g / min and mixed with the extrudate flowing at a rate of 52.5 g / min. The resulting high solids dispersion stream flowing at a rate of 77.5 g / min was further diluted in a dilution mixer with water flowing at a rate of 20 g / min to give a dispersion having a solids content of 54%. to build. The resulting dispersion had a volumetric particle size of 1.3 μm and a polydispersity of 1.5.

Claims (16)

Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer stabilen Dispersion oder Emulsion umfassend den Schritt des Mischens eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen dispersen Phase enthaltend ein Polymer und eines Stroms aus einer geschmolzenen oder flüssigen kontinuierlichen Phase, welche Wasser oder ein Polyetherpolyol ist, in einem mechanischen Dispergator, um eine Dispersion oder eine Emulsion zu bilden, wobei a) die kontinuierliche Phase im Wesentlichen unmischbar mit der dispersen Phase ist, und b) das Polymer selbstdispergierbar ist, und c) das Polymer fortlaufend in einem Extruder, der mit dem mechanischen Dispergator verbunden ist, extrudiert wird.A continuous process for producing a stable dispersion or emulsion comprising the step of mixing a stream of a molten or liquid disperse phase comprising a polymer and a stream of a molten or liquid continuous phase which is water or a polyether polyol in a mechanical dispersant to form a dispersion or an emulsion, wherein a) the continuous phase is substantially immiscible with the disperse phase, and b) the polymer is self-dispersible, and c) the polymer is extruded continuously in an extruder connected to the mechanical disperser. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer fortlaufend extrudiert wird durch a) ein Mischextrusionsverfahren, wobei andere Additive mit dem Polymer gemischt werden, oder b) ein Schmelzextrusionsverfahren.The method of claim 1, wherein the polymer is extruded continuously a) a Mischextrusionsverfahren, wherein other additives are mixed with the polymer, or b) a melt extrusion process. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die disperse Phase ein Epoxyharz, einen Polyester, ein Polyurethanharz, Polyolefin oder ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, oder eine Mischung davon oder ein Hybrid davon enthält.A method according to claim 2, wherein the disperse phase contains an epoxy resin, a polyester, a polyurethane resin, polyolefin or an ethylene-acrylic acid copolymer, or a mixture thereof or a hybrid thereof. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die disperse Phase ein Epoxyharz und ein Härtungsmittel enthält und die kontinuierliche Phase Wasser enthält.The method of claim 3, wherein the disperse phase contains an epoxy resin and a curing agent and the continuous phase contains water. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die disperse Phase ein Polyethylen enthält, die kontinuierliche Phase ein Polyetherpolyol enthält und das Polyethylen und das Polyetherpolyol durch eine stabilisierende Menge eines Tensids, welches durch Umsetzung eines mit Maleinsäureanhydrid pfropfpolymerisierten Polyolefins oder eines Halbesters aus Maleinsäureanhydrid mit einem Monoaminpolyol hergestellt ist, stabilisiert sind.The process of claim 3 wherein the disperse phase comprises a polyethylene, the continuous phase comprises a polyether polyol and the polyethylene and the polyether polyol are prepared by a stabilizing amount of a surfactant prepared by reacting a maleic anhydride graft polymerized polyolefin or a maleic anhydride half ester with a monoamine polyol , are stabilized. Verfahren nach Anspruch 3, wobei vor dem Mischen des Stroms der dispersen Phase mit dem Strom der kontinuierlichen Phase ein Katalysator und ein Härtungsmittel zu dem Strom der geschmolzenen dispersen Polymerphase gegeben werden.The method of claim 3, wherein prior to mixing the stream of disperse phase with the stream of continuous phase, a catalyst and adding a curing agent to the stream of molten disperse polymer phase. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die kontinuierliche Phase Wasser enthält und das Polymer ionisch geladen ist oder Gruppen enthält, die durch Anwesenheit einer Säure oder Base in der kontinuierlichen Phase ionisch gemacht werden können.The process of claim 2 wherein the continuous phase contains water and the polymer is ionically charged or contains groups that can be ionized by the presence of an acid or base in the continuous phase. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Polymer ionisch geladen ist.The method of claim 7, wherein the polymer is ionically charged. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Polymer Carbonsäuregruppen enthält und die kontinuierliche Phase Wasser und ausreichend Base enthält, um eine ausreichende Menge der Säuregruppen zu neutralisieren, um das Polymer galvanisierbar zu machen.The process of claim 7 wherein the polymer contains carboxylic acid groups and the continuous phase contains water and sufficient base to neutralize a sufficient amount of the acid groups to render the polymer electroplatable. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Polymer Amingruppen enthält und die kontinuierliche Phase Wasser und ausreichend Säure enthält, um eine ausreichende Menge der Amingruppen zu neutralisieren, um das Polymer galvanisierbar zu machen.The process of claim 7 wherein the polymer contains amine groups and the continuous phase contains water and sufficient acid to neutralize a sufficient amount of the amine groups to render the polymer electroplatable. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Polymer durch Carboxylatgruppen oder quaternäre Ammoniumsalzgruppen oder Aminsalzgruppen ionisch geladen ist.The method of claim 7, wherein the polymer is ionically charged by carboxylate groups or quaternary ammonium salt groups or amine salt groups. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend den Schritt des Abscheidens eines Teils der stabilen wässrigen Dispersion oder Emulsion auf eine elektrisch leitende Oberfläche.The method of claim 7, further comprising the step of depositing a portion of the stable aqueous dispersion or emulsion onto an electrically conductive surface. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend die Schritte: a) des kontinuierlichen Mischens des Stroms der flüssigen kontinuierlichen Phase bei einer Fließgeschwindigkeit R1 und des Stroms der flüssigen oder geschmolzenen dispersen Phase bei einer Fließgeschwindigkeit R2 in dem Dispergator, und b) des Mischens der gemischten Ströme im Wesentlichen in der Abwesenheit eines extemen oberflächenaktiven Mittels und bei einer im Wesentlichen konstanten Mischungsrate, um ohne Phasenumkehrung eine Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase zu erzeugen, wobei der Strom der flüssigen dispersen Phase ein selbstdispergierbares Polymer oder Vorpolymer enthält und wobei R2:R1 dergestalt ist, dass die durchschnittliche Teilchengröße eines mittleren Volumens der Emulsion mit einem hohen Anteil an innerer Phase weniger als 2 μm beträgt oder die Polydispersität weniger als 2 beträgt.The process of claim 1 comprising the steps of: a) continuously mixing the flow of the liquid continuous phase at a flow rate R 1 and the flow of the liquid or molten dispersed phase at a flow rate R 2 in the dispersant, and b) mixing the mixed streams substantially in the absence of an external surfactant and at a substantially constant mixing rate to produce, without phase inversion, an emulsion having a high level of internal phase, the liquid disperse phase stream containing a self-dispersible polymer or prepolymer and wherein R 2 : R 1 is such that the average particle size of an average volume of the high internal phase emulsion is less than 2 μm or the polydispersity is less than 2. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strom der flüssigen dispersen Phase ein Ethylen-Acrylsäure-Copolymer oder ein neutralisiertes Salz davon enthält und der Strom der flüssigen kontinuierlichen Phase ein Polyetherpolyol enthält.The process of claim 13, wherein the stream of liquid disperse phase contains an ethylene-acrylic acid copolymer or a neutralized salt thereof and the stream of liquid continuous phase contains a polyether polyol. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strom der flüssigen dispersen Phase ein Epoxyharz, ein Polyester, ein Polyurethan, oder eine Kombination davon oder ein Hybrid davon enthält, wobei die Harze durch den chemischen Einbau von ionischen oder nichtionischen hydrophilen Gruppen selbstdispergierbar gemacht wurden.The method of claim 13, wherein the liquid disperse phase stream comprises an epoxy resin, a polyester, a polyurethane, or a combination thereof, or a hybrid thereof, wherein the resins have been made self-dispersible by the chemical incorporation of ionic or nonionic hydrophilic groups. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strom der flüssigen dispersen Phase ein Diisocyanat-terminiertes Polyurethanvorpolymer enthält, das durch den chemischen Einbau von ionischen oder hydrophilen Gruppen selbstdispergierbar gemacht wurde.The process of claim 13, wherein the liquid disperse phase stream comprises a diisocyanate-terminated polyurethane prepolymer that has been self-dispersible by the chemical incorporation of ionic or hydrophilic groups.
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